專利名稱：一種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，特別涉及一種對(duì)稱式雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
隨著投影光刻技術(shù)的發(fā)展，投影光學(xué)系統(tǒng)的性能逐步提高，投影光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)可 以適用于電路制造等多種領(lǐng)域。在很多電路基板的實(shí)際生產(chǎn)過程中，由不同的設(shè)備生產(chǎn)制造的基板，其圖形尺寸和倍率會(huì)有細(xì)微差異，同時(shí)在各種物理和化學(xué)加工處理過程中，基板會(huì)有細(xì)微的膨脹或收縮，也會(huì)導(dǎo)致基板圖形尺寸的變化，而且不同的基板的圖形尺寸變化也不盡相同，所以在很多基板的生產(chǎn)制造過程中，尤其是多層基板需要層間定位過程中，為了提高定位精度和布線密度，需要根據(jù)實(shí)際基板的圖形尺寸或倍率變化，修正或調(diào)節(jié)投影光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率。然而在現(xiàn)有技術(shù)中，如美國專利US6，879,383(公告日2005年4月12日)，采用折射反射結(jié)構(gòu)，整體尺寸大，對(duì)光學(xué)玻璃材料要求十分嚴(yán)格，大口徑的凹面反射鏡的加工，檢測(cè)技術(shù)要求也非常嚴(yán)格，而且無法進(jìn)行投影倍率的修正和調(diào)節(jié)。中國專利CN98113037. 2(公告日2003年7月23日)是ー種像方遠(yuǎn)心的雙高斯光學(xué)系統(tǒng)，也沒有涉及投影倍率的修正和調(diào)節(jié)問題。在一般的雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)系統(tǒng)中，即使物面和像面偏離了焦面，在垂直于光軸方向上的物與像的高度仍然不變，所以放大倍率幾乎不會(huì)改變。因此，如何提供ー種既經(jīng)濟(jì)又具有良好質(zhì)量保證的，既能保持良好的雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)特性和良好的光學(xué)成像質(zhì)量，又能方便有效地修正或調(diào)節(jié)投影倍率的光學(xué)系統(tǒng)，是業(yè)界重要的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，在保持良好的雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)特性和良好的光學(xué)成像質(zhì)量的條件下，可以方便有效地修正或調(diào)節(jié)投影倍率的光學(xué)系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，提供一投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)用于將物平面內(nèi)的圖形成像到像平面內(nèi)，所述投影光學(xué)系統(tǒng)沿其光軸方向包括前組、孔徑光闌和后組，所述前組包括第一鏡組、第二鏡組和第三鏡組，所述第一鏡組和第三鏡組具有正光焦度，所述第二鏡組具有負(fù)光焦度，所述第ニ鏡組位于所述第一鏡組和第三鏡組之間，所述第一鏡組位于所述物平面和第二鏡組之間；所述后組包括第四鏡組、第五鏡組和第六鏡組，所述第四鏡組和第六鏡組具有正光焦度，所述第五鏡組具有負(fù)光焦度，所述第五鏡組位于所述第四鏡組和第六鏡組之間，所述第六鏡組位于所述像平面和第五鏡組之間，所述前組和后組關(guān)于所述孔徑光闌對(duì)稱，同時(shí)移動(dòng)所述第三鏡組和第四鏡組中対稱的一組透鏡，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率。優(yōu)選的，在上述的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法中，所述的投影光學(xué)系統(tǒng)滿足
關(guān)系式I :0. 2 く fl/fa < I. 4 ；關(guān)系式2 :-0. 4 < f2/fa <-O. 06 ;關(guān)系式3 :0. 12 < f3/fa < O. 6，其中，fl :第一鏡組的組合焦距ば2 :第二鏡組的組合焦距ば3 :第三鏡組的組合焦距ばa :前組的組合焦距。優(yōu)選的，在上述的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法中，所述第一鏡組包括第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡均為雙凸透鏡。優(yōu)選的，在上述的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法中，所述第二鏡組包括第三透鏡和第四透鏡，所述第三透鏡具有負(fù)光焦度，所述第三透鏡包括ー個(gè)面向所述像平面的凹面；所述第四透鏡具有負(fù)光焦度，所述第四透鏡包括ー個(gè)面向所述物平面的凹面。 優(yōu)選的，在上述的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法中，所述第三鏡組包括第五透鏡和第六透鏡，所述第五透鏡具有正光焦度，所述第六透鏡具有正光焦度。優(yōu)選的，在上述的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法中，所述的投影光學(xué)系統(tǒng)滿足關(guān)系式4 :-2· O < rl/r2 <-O. 5 ;關(guān)系式5 :1. O < r3/r2 < 2. 0，其中，rl :所述第三透鏡的凹面的曲率半徑；r2 :所述第四透鏡的凹面的曲率半徑；r3 :第三鏡組的曲面中的絕對(duì)值最小的曲率半徑。優(yōu)選的，在上述的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡數(shù)量大于等于10，且小于等于20。優(yōu)選的，在上述的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法中，所述第一鏡組的透鏡中最少有2個(gè)曲面的曲率半徑的絕對(duì)值相等。優(yōu)選的，在上述的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法中，所述前組的組合后焦點(diǎn)位于所述孔徑光闌的中心，所述后組的組合前焦點(diǎn)位于所述孔徑光闌的中心。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用具有正光焦度第一鏡組，具有負(fù)光焦度第二鏡組和具有正光焦度第三鏡組結(jié)構(gòu)，在保持物平面和像平面位置不變的條件下，通過同時(shí)移動(dòng)第三鏡組和第四鏡組中対稱的一組透鏡，在保持良好的雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)特性，和良好的光學(xué)成像質(zhì)量的條件下，方便有效地修正或調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率。2、本發(fā)明采用口徑尺寸比較小的第二鏡組，第三鏡組，第四鏡組和第五鏡組的焦距分配結(jié)構(gòu)，又沒有引入非球面鏡片，從而降低了鏡頭的加工，測(cè)試和裝校的難度和成本。


圖I所示為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中投影光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為圖I中投影光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)MTF示意圖。圖3所示為圖I中投影光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率在放大時(shí)的傳遞函數(shù)MTF示意圖；圖4所示為圖I中投影光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率在縮小時(shí)的傳遞函數(shù)MTF示意圖；圖5所示為圖I中投影光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率分別在中間位置、放大以及縮小時(shí)的畸變像差不意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例提供了ー種投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)為對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，即從物平面一側(cè)順次包含前組、孔徑光闌和后組，并且前組和后組的透鏡組元以所述的孔徑光闌為對(duì)稱面光學(xué)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(表面曲率半徑，間隔對(duì)稱相等，光學(xué)材料對(duì)稱一致)，放大倍率為-I。前組的組合后焦點(diǎn)和后組的組合前焦點(diǎn)重合，并與孔徑光闌中心重合，構(gòu)成雙遠(yuǎn)心的光學(xué)結(jié)構(gòu)。雙遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)在物平面和像平面處，因?yàn)楣忮F中心線與物平面和像平面垂 直，物空間和像空間的成像光錐中心線即主光線平行于光軸，所以保證了放大倍率不隨著物平面和像平面沿光軸方向的移動(dòng)而變化。這樣，即使物平面和像平面偏離了焦面，在垂直于光軸方向上的物與像的高度仍然不變，所以放大倍率不會(huì)改變。參圖I所示，投影光學(xué)系統(tǒng)由前組30和后組40的共12片透鏡組成。依次分成Gl G6的六個(gè)鏡組。從物平面10 —側(cè)順次是具有正光焦度的第一鏡組Gl，負(fù)光焦度的第ニ鏡組G2，正光焦度的第三鏡組G3，孔徑光闌50，正光焦度的第四鏡組G4，負(fù)光焦度的第五鏡組G5，正光焦度的第六鏡組G6。第一鏡組Gl包括具有正光焦度的第一透鏡LI和第二透鏡L2，第一透鏡LI和第二透鏡L2均為雙凸透鏡，其主要作用是保持遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)，同時(shí)平衡第二鏡組G2的多個(gè)透鏡綜合產(chǎn)生的球差和像散。第二鏡組G2包括具有負(fù)光焦度的第三透鏡L3和第四透鏡L4。其中，第三透鏡L3具有一個(gè)面對(duì)像平面20的凹面，該凹面的曲率半徑為rl ;相鄰的第四透鏡L4具有ー個(gè)面向物平面的凹面，該凹面的曲率半徑為r2。第二鏡組G2主要的作用是產(chǎn)生正球差和正場(chǎng)曲。在其他實(shí)施例中，第二鏡組G2還可以是至少由2片具有負(fù)光焦度透鏡組成，且包含一個(gè)面對(duì)像面的凹面和相鄰的下一個(gè)面向物面的凹面。第三鏡組G3包括具有正光焦度的第五透鏡L5和第六透鏡L6，主要作用是平衡第ニ鏡組G2的球差和場(chǎng)曲，同時(shí)兩個(gè)具有正光焦度的透鏡(第五透鏡L5和第六透鏡L6)可以分擔(dān)光焦度，避免產(chǎn)生過多的高級(jí)球差和高級(jí)場(chǎng)曲。第四鏡組G4與第三鏡組G3關(guān)于孔徑光闌50對(duì)稱，包括具有正光焦度的第七透鏡L7和第八透鏡L8，主要作用是平衡第五鏡組G5的球差和場(chǎng)曲，同時(shí)兩個(gè)具有正光焦度的透鏡(第七透鏡L7和第八透鏡L8)可以分擔(dān)光焦度，避免產(chǎn)生過多的高級(jí)球差和高級(jí)場(chǎng)曲。第五鏡組G5與第二鏡組G2關(guān)于孔徑光闌50對(duì)稱，包括具有負(fù)光焦度的第九透鏡L9和第十透鏡L10，其中第九透鏡L9具有一個(gè)面對(duì)像平面的凹面，該凹面的曲率半徑為r2 ；相鄰的第十透鏡LlO具有一個(gè)面向物平面的凹面，該凹面的曲率半徑為rl。第五鏡組G5的主要作用是產(chǎn)生正球差和正場(chǎng)曲。在其他實(shí)施例中，第五鏡組G5還可以是至少由2片具有負(fù)光焦度透鏡組成，且包含一個(gè)面對(duì)像面的凹面和相鄰的下一個(gè)面向物面的凹面。第六鏡組G6與第一鏡組Gl關(guān)于孔徑光闌50對(duì)稱，包括具有正光焦度的第十一透鏡Lll和第十二透鏡L12，第^^一透鏡Lll和第十二透鏡L12均為雙凸透鏡，主要作用是保持遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)，同時(shí)平衡第五鏡組G5的多個(gè)透鏡綜合產(chǎn)生的球差和像散。第一鏡組Gl中的LI和L2分別與第六鏡組G6中的L12和Lll對(duì)稱于孔徑光闌50。
第二鏡組G2中的L3和L4分別與第五鏡組G5中的LlO和L9對(duì)稱于孔徑光闌50。第三鏡組G3中的L5和L6分別與第四鏡組G4中的L8和L7分別對(duì)稱于孔徑光闌50。這樣，前組30和后組40的個(gè)透鏡組以孔徑光闌50為對(duì)稱面光學(xué)結(jié)構(gòu)完全対稱，垂直于光軸的像差慧差，畸變，倍率色差自動(dòng)校正為零。在保持物平面10和像平面20位置不變的條件下，通過同時(shí)移動(dòng)對(duì)稱的一組透鏡第三鏡組的第六透鏡L6和第 四鏡組的第七透鏡L7，在保持良好的雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)特性，和良好的光學(xué)成像質(zhì)量的條件下，可以方便有效地修正或調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率。本發(fā)明實(shí)施例中的投影光學(xué)系統(tǒng)滿足如下關(guān)系式關(guān)系式I 0. 2 < fl/fa < I. 4 ；關(guān)系式2 -0. 4 < f2/fa < -O. 06 ；關(guān)系式3 0. 12 < f3/fa < O. 6，其中，fl :第一鏡組的組合焦距ば2 :第二鏡組的組合焦距ば3 :第三鏡組的組合焦距ばa :前組的組合焦距。關(guān)系式I的主要作用是保持遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)，使第一鏡組Gl產(chǎn)生適量球差和像散以平衡第二鏡組G2的多個(gè)透鏡綜合產(chǎn)生的球差和像散，同時(shí)保持第二鏡組G2和第三鏡組G3的多個(gè)透鏡口徑尺寸比較小，降低整個(gè)鏡頭的加工，測(cè)試和裝校的難度和成本。關(guān)系式2的主要作用是使第二鏡組G2產(chǎn)生足夠的正球差和正場(chǎng)曲，平衡第一鏡組Gl和第三鏡組G3產(chǎn)生的負(fù)球差和負(fù)場(chǎng)曲。關(guān)系式3的主要作用是使第三鏡組G3產(chǎn)生適量球差和場(chǎng)曲以平衡第二鏡組G2的多個(gè)透鏡綜合產(chǎn)生的球差和場(chǎng)曲，同時(shí)保持前組的組合后焦點(diǎn)位于孔徑光闌50的中心。本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)還滿足如下關(guān)系式關(guān)系式4 :-2· O < rl/r2 <-O. 5，關(guān)系式5 :1. O < r3/r2 < 2. 0，其中，rl :所述第三透鏡的凹面的曲率半徑；r2 :所述第四透鏡的凹面的曲率半徑；r3 :第三鏡組的曲面中的絕對(duì)值最小的曲率半徑。關(guān)系式4的主要作用是使第二鏡組G2的兩個(gè)具有負(fù)光焦度的曲面適當(dāng)?shù)胤謸?dān)光焦度，避免產(chǎn)生過多的高級(jí)球差和高級(jí)場(chǎng)曲，而且使初級(jí)球差，高級(jí)球差，初級(jí)場(chǎng)曲和高級(jí)場(chǎng)曲可以同時(shí)得到良好校正。關(guān)系式5的主要作用是使第三鏡組G3產(chǎn)生適當(dāng)?shù)母呒?jí)球差和高級(jí)場(chǎng)曲，平衡第二鏡組G2產(chǎn)生的正高級(jí)球差和正高級(jí)場(chǎng)曲。本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)，由10片或10片以上，20片或20片以下的透鏡構(gòu)成時(shí)，既可以良好地校正初級(jí)和高級(jí)的球差，慧差，像散，場(chǎng)曲和畸變等各項(xiàng)像差，又可以降低了鏡頭的加工，測(cè)試和裝校的難度和成本。本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)，第一鏡組Gl的透鏡中有2個(gè)或者2個(gè)以上的曲面的曲率半徑的絕對(duì)值相等時(shí)，即可以良好地校正各項(xiàng)像差，又可以降低了鏡頭的加工，測(cè)試和裝校的成本，尤其是初期成本。本發(fā)明的對(duì)稱式雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)系統(tǒng)，前組30的組合后焦點(diǎn)位于孔徑光闌50的中心；后組40的組合前焦點(diǎn)位于孔徑光闌50的中心，主要作用是構(gòu)成雙遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)，使垂軸像差慧差，畸變，倍率色差自動(dòng)校正為零。本發(fā)明實(shí)施例中的投影光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表I所示，工作波長(zhǎng)為365nm，像方半視場(chǎng)高度為102mm，由于是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，物方和像方的工作距離均為175. 42mm。為了光學(xué)加エ，光學(xué)檢驗(yàn)的方便和降低成本，本發(fā)明的所有光學(xué)元件均為球面，沒有任何非球面元件。表I
權(quán)利要求
1.ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于提供一投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)用于將物平面內(nèi)的圖形成像到像平面內(nèi)，所述投影光學(xué)系統(tǒng)沿其光軸方向包括前組、孔徑光闌和后組，所述前組包括第一鏡組、第二鏡組和第三鏡組，所述第一鏡組和第三鏡組具有正光焦度，所述第二鏡組具有負(fù)光焦度，所述第二鏡組位于所述第一鏡組和第三鏡組之間，所述第一鏡組位于所述物平面和第二鏡組之間；所述后組包括第四鏡組、第五鏡組和第六鏡組，所述第四鏡組和第六鏡組具有正光焦度，所述第五鏡組具有負(fù)光焦度，所述第五鏡組位于所述第四鏡組和第六鏡組之間，所述第六鏡組位于所述像平面和第五鏡組之間，所述前組和后組關(guān)于所述孔徑光闌對(duì)稱，同時(shí)移動(dòng)所述第三鏡組和第四鏡組中対稱的一組透鏡，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述的投影光學(xué)系統(tǒng)滿足 關(guān)系式 I 0. 2 < fl/fa < I. 4 ；關(guān)系式 2 -0. 4 < f2/fa < -O. 06 ；關(guān)系式 3 0. 12 < f3/fa < O. 6， 其中，fl :第一鏡組的組合焦距ば2 :第二鏡組的組合焦距ば3 :第三鏡組的組合焦距；fa :前組的組合焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述第一鏡組包括第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡均為雙凸透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述第二鏡組包括第三透鏡和第四透鏡，所述第三透鏡具有負(fù)光焦度，所述第三透鏡包括一個(gè)面向所述像平面的凹面；所述第四透鏡具有負(fù)光焦度，所述第四透鏡包括ー個(gè)面向所述物平面的凹面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述第三鏡組包括第五透鏡和第六透鏡，所述第五透鏡具有正光焦度，所述第六透鏡具有正光焦度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述的投影光學(xué)系統(tǒng)滿足關(guān)系式 4 -2. O < rl/r2 < -O. 5 ；關(guān)系式 5 1. O < r3/r2 < 2. O, 其中，Π :所述第三透鏡的凹面的曲率半徑；r2 :所述第四透鏡的凹面的曲率半徑；r3 第三鏡組的曲面中的絕對(duì)值最小的曲率半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述投影光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡數(shù)量大于等于10，且小于等于20。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述第一鏡組的透鏡中最少有2個(gè)曲面的曲率半徑的絕對(duì)值相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述前組的組合后焦點(diǎn)位于所述孔徑光闌的中心，所述后組的組合前焦點(diǎn)位于所述孔徑光闌的中心。
全文摘要
本發(fā)明提供一種投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，首先提供一投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)沿其光軸方向包括前組、孔徑光闌和后組。所述前組包括第一鏡組、第二鏡組和第三鏡組，所述第一鏡組和第三鏡組具有正光焦度，所述第二鏡組具有負(fù)光焦度；所述后組包括第四鏡組、第五鏡組和第六鏡組，所述第四鏡組和第六鏡組具有正光焦度，所述第五鏡組具有負(fù)光焦度；所述前組和后組關(guān)于所述孔徑光闌對(duì)稱，同時(shí)移動(dòng)所述第三鏡組和第四鏡組中對(duì)稱的一組透鏡，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的投影倍率。采用本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的倍率調(diào)節(jié)方法，在保持良好的雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)特性和良好的光學(xué)成像質(zhì)量的條件下，能方便有效地修正或調(diào)節(jié)投影倍率的光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02B27/18GK102645749SQ20121011840
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月21日
發(fā)明者劉鵬 申請(qǐng)人:張家港鵬博光電科技有限公司